Giám sát môi trường nước của hồ nuôi thủy sản bằng arduino khóa luận tốt nghiệp khoa công nghệ điện

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP GIÁM SÁT MƠI TRƯỜNG NƯỚC CỦA HỒ NUÔI THỦY SẢN BẰNG ARDUINO Sinh viên: TRẦN PHÚ BÌNH HUỲNH CHÂU KHOẮN Lớp: DHDKTD10B GVHD: ThS NGUYỄN NGỌC ANH TUẤN TP Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2018 Khóa luận tốt nghiệp SV: Trần Phú Bình-Huỳnh Châu Khoắn PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên/ nhóm sinh viên giao đề tài (1): Trần Phú Bình MSSV: 14028591 (2): Huỳnh Tấn Phát MSSV: 14035851 (3): Huỳnh Châu Khoắn MSSV: 14044811 Tên đề tài GIÁM SÁT MÔI TRƯỜNG NƯỚC CỦA HỒ NUÔI THỦY SẢN BẰNG ARDUNIO Nội dung Thực giám sát điều khiển hồ nuôi sản thông qua Arduino Mega 2560 kết nối với ESP 8266 qua mạng wifi internet truyền liệu lên smart phone Kết Đo thông số pH, độ đục, nhiệt độ từ hồ ni sau truyền liệu lên smart phone để giám sát Cảnh báo cho người giám sát biết cố xảy hồ Giải cố tăng ,giảm pH hồ nuôi… Giảng viên hướng dẫn Tp HCM, ngày 07 tháng 06 năm 2018 Sinh viên i Khóa luận tốt nghiệp SV: Trần Phú Bình-Huỳnh Châu Khoắn NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN - ii Khóa luận tốt nghiệp SV: Trần Phú Bình-Huỳnh Châu Khoắn MỤC LỤC PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN ii MỤC LỤC iii DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ v DANH SÁCH CÁC BẢNG viii LỜI MỞ ĐẦU ix CHƯƠNG TỔNG QUAN .1 1.1 Giới thiệu tình hình nghiên cứu nay, lí chọn đề tài 1.2 Mục tiêu đề tài 1.3 Tính cấp thiết đề tài 1.4 Đối tượng phạm vi nghiên cứu CHƯƠNG TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ PHẦN CỨNG 2.1 Mô tả hệ thống 2.2 Sơ đồ khối hệ thống 2.3 Nguyên lý hoạt động hệ thống 2.4 Giới thiệu, tính tốn thiết kế khối 2.4.1 Khối điều khiển trung tâm 2.4.1.1 Giới thiệu chung Arduino 2.4.1.2 Giới thiệu board Arduino Mega 2560 2.4.2 Khối cảm biến 2.4.2.1 Giới thiệu cảm biến nhiệt độ DS18B20 2.4.2.2 Giới thiệu cảm biến đo độ đục nước DFRobot ( SEN0189 ) 15 2.4.2.3 Giới thiệu cảm biến đo PH nước DFRobot (SEN0161) 18 2.4.3 Khối giao tiếp từ xa 20 2.4.3.1 Giới thiệu module truyền phát wifi ESP8266 20 2.4.3 Khối kích relay điều khiển độ pH 22 2.4.3.1 Độ pH ảnh hưởng độ pH đến hồ nuôi thủy sản 22 2.4.3.2 Một số biện pháp đơn giản để điều chỉnh pH nước 23 2.4.3.3 Điều khiển độ pH sử dụng bơm nước pha hóa chất 24 2.4.3.3.1 Thực tế 24 2.4.3.3.2 Mô hình 28 iii Khóa luận tốt nghiệp SV: Trần Phú Bình-Huỳnh Châu Khoắn 2.4.4 Khối nguồn 29 2.4.4.1 Pin Mặt Trời Mono 29 2.4.4.2 Điều Khiển Sạc Pin Năng Lượng Mặt Trời PWM 31 2.4.4.2 Ắc quy panasonic 33 2.4.4 Sơ Đồ Kết Nối 34 CHƯƠNG THIẾT KẾ PHẦN MỀM, GIAO DIỆN 35 3.1 Giới thiệu ngơn ngữ lập trình cho Arduino phần mềm Ardunio IDE 35 3.2 Lập trình phần mềm Ardunio IDE cho board Ardunio Esp 8266 36 3.2.1 Lập Trình modul Wifi Esp 8266 V1 36 3.2.1.1 Board modul nạp PL2303 36 3.2.1.2 NẠP CODE CHO ESP8266 QUA PL2303 38 3.2.2 Lập Trình ARDUNIO MEGA 2560 41 3.2.2.1 Kết nối cài đặt Ardunio IDE 41 3.3 Lập trình phần mềm Android với MIT App Inventor 46 3.2.3 Giao diện điều khiển Ardunio 52 3.4 Truyền, cập nhật lưu trữ liệu với FIREBASE 59 CHƯƠNG PHẦN CỨNG VÀ ĐÁP ỨNG HỆ THỐNG TRÊN THỰC TẾ 62 4.1 Phần cứng hệ thống thực tế 62 4.2 Đáp ứng hệ thống 63 4.2.1 Quy trình điều khiển hệ thống 63 4.2.2 Đáp ứng hệ thống app 64 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 66 5.1 Kết đạt 66 5.2 Kiến nghị 66 5.3 Hạn chế 66 5.4 Hướng phát triển đề tài 67 LỜI CẢM ƠN 68 iv Khóa luận tốt nghiệp SV: Trần Phú Bình-Huỳnh Châu Khoắn DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ Hình 2.1 Sơ đồ khối hệ thống Hình 2.2 Những thành viên khởi xướng Arduino Hình 2.8 Mã 64bit mã ROM 11 Hình 2.9 Cấu trúc vùng nhớ DS18B20 11 Hình 2.10: Lưu đồ lệnh ROM 12 Hình 2.11 Lưu đồ lệnh chức DS18B20 13 Hình 2.12 Khe thời gian khởi tạo 14 Hình 2.13 Khe thời gian đọc,viết 14 Hình 2.14 Sơ đồ bên cảm biến SEN0189 17 Hình 2.15 Sơ đồ kết nối với ARDUINO 18 Hình 2.16 Bộ cảm biến nồng độ pH nước SEN0161 19 Hình 2.17 Module ESP8266 20 Hình 2.18 Sơ đồ chân module ESP8266 21 Hình 2.19 Máy bơm nước National GP-125 JB 24 Hình 2.20 Relay đóng ngắt SRD 25 Hình 2.21 Contactor đóng ngắt 26 Hình 2.22 Sơ đồ kết nối bơm, relay bơm thực tế 27 Hình 2.23 Động bơm MB4094 28 Hình 2.24 Sơ đồ kết nối relay bơm mơ hình 29 Hình 2.25 Pin mặt trời 29 Hình 2.26 Mạch sạc ắc quy từ pin mặt trời 31 Hình 2.27 Ắc quy Panasonic LC-R127R2P1 33 v Khóa luận tốt nghiệp SV: Trần Phú Bình-Huỳnh Châu Khoắn Hình 2.28 Sơ đồ kết nối hệ thống 34 Hình 3.1 Giao diện phần mềm Arduino IDE 35 Hình 3.2 Mạch nạp PL2303 36 Hình 3.3 Sơ đồ kết nối PL2303 Esp8266 37 Hình 3.4 Chọn Esp8266 Ardunio IDE 38 Hình 3.5 Chọn chế độ nạp cho Ardunio IDE 39 Hình 3.6 Kết nối ardunio với máy tính 41 Hình 3.7 Chọn Ardunio mega 2560 41 Hình 3.8 Giao diện quản lý project App inventor 47 Hình 3.9 Giao diện thiết kế (Design) 47 Hình 3.10 Giao diện lập trình (Blocks) 48 Hình 3.11 Giao diện đăng nhập vào project 48 Hình 3.12 Màn hình cho phép Design 49 Hình 3.13 Thanh chon Palette 49 Hình 3.14 Thanh chọn thiết kế bố cục 50 Hình 3.15.Thanh chọn phương thức kết nối 50 Hình 3.16 Màn hình hiển thị Icon 51 Hình 3.17.Thanh thiết lập 51 Hình 3.18.Thiết lập hình đăng nhập 52 Hình 3.19.Code block hình đăng nhập 52 Hình 3.20 Thiết lập hình cài đặt 53 Hình 3.21 Code block hình cài đặt 54 Hình 3.22 Thiết lập hình hiển thị 55 Hình 3.23 Code block hình hiển thị 58 vi Khóa luận tốt nghiệp SV: Trần Phú Bình-Huỳnh Châu Khoắn Hình 3.24 Giao diện trang chủ Firebase 59 Hình 3.25 Giao diện tạo chọn project 60 Hình 3.26 Giao diện tạo tên project 60 Hình 3.26.Giao diện thiết lập hệ thống 61 Hình 4.1 Phần cứng hệ thống 62 Hình 4.2 Phần cứng bên hệ thống 63 Hình 4.3 Màn hình đăng nhập app 64 Hình 4.4 Màn hình thị giá trị app 65 Hình 4.5 Màn hình cài đặt app 65 vii Khóa luận tốt nghiệp SV: Trần Phú Bình-Huỳnh Châu Khoắn DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 2.1 : Thông số chi tiết Ardiuno Mega 2560 Bảng 2.3 : Bảng thông số độ đục nước 15 Bảng 2.4: Bảng quy đổi thông số độ đục nước so với cảm biến độ đục SEN01898 17 Bảng 2.5 : Kết nối cảm biến độ đục Ardunio 18 Bảng 2.6 : Kết nối cảm biến độ pH Ardunio 19 Bảng 2.7 : Bảng thông số bơm 25 Bảng 2.8 : Thông số bơm MB4094 28 Bảng 2.9 : Thông số kỹ thuật Pin 30 Bảng 2.10 : Thông số kỹ thuật mạch nạp ắc quy PWM4024B 31 Bảng 2.11 :thông sô kỹ thuật ắc quy LC-R127R2P1 33 Bảng 3.1 : Kết nối PL2303 Esp8266 37 viii Khóa luận tốt nghiệp SV: Trần Phú Bình-Huỳnh Châu Khoắn LỜI MỞ ĐẦU Ngày khoa học công nghệ ngày phát triển, vi điều khiển AVR vi điều khiển PIC ngày thông dụng hồn thiện hơn, nói xuất Arduino vào năm 2005 Italia mở hướng cho vi điều khiển Sự xuất Arduino hỗ trợ cho người nhiều lập trình thiết kế, người bắt đầu tìm tịi vi điều khiển mà khơng có q nhiều kiến thức, hiểu biết sâu sắc vật lý điện tử Phần cứng thiết bị tích hợp nhiều chức mã nguồn mở Ngôn ngữ lập trình Java lại vơ dễ sử dụng tương thích với ngơn ngữ C hệ thư viện phong phú chia sẻ miễn phí Chính lý nên Arduino dần phổ biến phát triển ngày mạnh mẽ toàn giới Trên sở kiến thức học môn học: Tin học đại cương, vi xử lý , điện tử bản, kỹ thuật số… với hiểu biết thiết bị điện tử, em định thực đề tài: GIÁM SÁT HỒ NUÔI THỦY SẢN SỬ DỤNG BOARD ARDUINO, TRUYỀN PHÁT KHƠNG DÂY QUA INTERNET với mục đích để tìm hiểu thêm Arduino, làm quen với thiết bị điện tử,cách lập trình giao tiếp với máy tính nâng cao hiểu biết cho thân Do kiến thức cịn hạn hẹp, thêm vào lần đầu em thực đồ án nên chắn không tránh khỏi thiếu sót, hạn chế em mong có góp ý nhắc nhỡ từ thầy giáo để hồn thiện đề tài Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Nguyễn Ngọc Anh Tuấn giúp đỡ chúng em nhiều q trình tìm hiểu, thiết kế hồn thành đề tài báo cáo tốt nghiệp TP HCM, ngày 07 tháng 06 năm 2018 ix Khóa luận tốt nghiệp - SV: Trần Phú Bình-Huỳnh Châu Khoắn Code block cho giao diện cài đặt: Hình 3.21 Code block hình cài đặt 54 Khóa luận tốt nghiệp SV: Trần Phú Bình-Huỳnh Châu Khoắn - Giao diện thị Hình 3.22 Thiết lập hình hiển thị 55 Khóa luận tốt nghiệp SV: Trần Phú Bình-Huỳnh Châu Khoắn - Code block cho giao diện thị: 56 Khóa luận tốt nghiệp SV: Trần Phú Bình-Huỳnh Châu Khoắn 57 Khóa luận tốt nghiệp SV: Trần Phú Bình-Huỳnh Châu Khoắn Hình 3.23 Code block hình hiển thị 58 Khóa luận tốt nghiệp SV: Trần Phú Bình-Huỳnh Châu Khoắn 3.4 Truyền, cập nhật lưu trữ liệu với FIREBASE - FireBase ứng dụng backend google bao gồm việc lưu trữ liệu, xác thực người dùng, static hosting - Dữ liệu sở liệu Firebase lưu trữ dạng JSON đồng realtime đến kết nối client Khi xây dựng ứng dụng đa tảng Android, IOS JavaScrip SDKs, tất client chia sẻ sở liệu Firebase tự động cập nhật với liệu  Tạo sở liệu với firebase - Giao diện trang chủ Firebase Hình 3.24 Giao diện trang chủ Firebase - Chọn GO TO CONSLOE để kết nối với tài khoản gmail - Sau đăng nhập ta chọn vào add project 59 Khóa luận tốt nghiệp SV: Trần Phú Bình-Huỳnh Châu Khoắn Hình 3.25 Giao diện tạo chọn project - Ta giao diện Hình 3.26 Giao diện tạo tên project 60 Khóa luận tốt nghiệp - SV: Trần Phú Bình-Huỳnh Châu Khoắn Và ta thiết lập giao diện Hình 3.26.Giao diện thiết lập hệ thống 61 Khóa luận tốt nghiệp SV: Trần Phú Bình-Huỳnh Châu Khoắn CHƯƠNG PHẦN CỨNG VÀ ĐÁP ỨNG HỆ THỐNG TRÊN THỰC TẾ 4.1 Phần cứng hệ thống thực tế Hình 4.1 Phần cứng hệ thống 62 Khóa luận tốt nghiệp SV: Trần Phú Bình-Huỳnh Châu Khoắn Hình 4.2 Phần cứng bên hệ thống 4.2 Đáp ứng hệ thống 4.2.1 Quy trình điều khiển hệ thống - Khi hệ thống bật cảm biến thu thập liệu đưa giá trị đo từ arduino thông qua esp8266 giá trị gửi lên firebase - Từ firebase cập nhật app điện thoại Khi giá trị đo hiển thị lên hình điện thoại - Nếu giá trị nằm ngồi khoảng Max Mix điện thoại có thơng báo thơng qua app có đèn báo hiệu mơ hình hệ thống 63 Khóa luận tốt nghiệp SV: Trần Phú Bình-Huỳnh Châu Khoắn - Ta điều khiển để thay đổi giá trị pH thông qua app qua internet từ xa Với chế độ chạy tự động: Khi pH nằm ngồi khoảng Max Mix hệ thống tự động cho relay bật để điều khiển bơm để dung hịa hồ ni giá trị khoảng Max Min cài đặt tự động tắt bơm 4.2.2 Đáp ứng hệ thống app Hình 4.3 Màn hình đăng nhập app 64 Khóa luận tốt nghiệp SV: Trần Phú Bình-Huỳnh Châu Khoắn Hình 4.4 Màn hình thị giá trị app Hình 4.5 Màn hình cài đặt app 65 Khóa luận tốt nghiệp SV: Trần Phú Bình-Huỳnh Châu Khoắn CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Chương trình bày tóm tắt nộ dung nghiên cứu đưa kiến nghị 5.1 Kết đạt • Thiết kế thi cơng hồn chỉnh board mạch gồm khối: o Nguồn o Công suất o Điều khiển o Module wifi • Hoàn thiện code cần thiết để điều khiển giám sát: o Điều khiển giám sát qua wifi o Thông qua app điện thoại androi Điều khiển giám sát qua internet • Chế tạo hồn thiện giám sát, điều khiển với chức điều khiển từ xa cách đơn giản, an tồn, có thơng báo trả hiển thị trạng thái giá trị đo hồ nuôi; quản lý nhiệt độ, pH, độ đục nước từ dự đoán khả nguy hiểm đưa cảnh báo tới người ni 5.2 Kiến nghị • Hệ thống áp dụng hộ ni vừa nhỏ Tiết kiệm chi phí, cơng sức Và giám sát xử lý hồ nuôi hoạt động cách trực quan, dễ dàng • Đây giám sát điều khiển không áp dụng hộ ni thủy sản mà cịn tích hợp với cảm biến thích hợp để áp dung cho hệ thống tưới tiêu, thắp sáng chăn ni, trồng trọt Đây áp dung giáo dục mơ hình mẫu phục vụ nghiên cứu học tập ngành kỹ thuật 5.3 Hạn chế - Tuy nhóm biết hiểu cách hoạt động ardunio kết hợp với esp8266 để đưa liệu lên app điện thoại điều khiển hệ thống cịn nhiều thiếu sót hệ thống như: 66 Khóa luận tốt nghiệp SV: Trần Phú Bình-Huỳnh Châu Khoắn + Hệ thống đáp ứng chậm + Giới hạn phần cứng thiếu số cảm biến oxy,mực nước,… + Chưa điều khiển số khác nhiệt độ,độ trong,… + Hệ thống chưa có mạch in kết nối toàn thành phần dùng dây nối, dẫn đến rườm rà cài đặt lắp ráp 5.4 Hướng phát triển đề tài - Trong tương lai hệ thống lắp đặt thêm cảm biến oxy mức nước,… Để có nhiều thơng số cho người dùng - Nâng cấp khả điều khiển cho người dùng để điều khiển mực nước, nồng độ oxy,nhiệt độ,độ đục nước -Nâng cấp khả tương tác app, làm tăng tốc độ xử lý 67 Khóa luận tốt nghiệp SV: Trần Phú Bình-Huỳnh Châu Khoắn LỜI CẢM ƠN Để báo cáo đạt kết tốt đẹp, chúng nhận hỗ trợ, giúp đỡ nhiều quan, tổ chức, cá nhân Với tình cảm sâu sắc, chân thành, cho phép chúng em bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến tất cá nhân quan tạo điều kiện giúp đỡ trình học tập nghiên cứu đề tài Trước hết xin gửi tới thầy cô khoa Công nghệ điện trường Đại học Cơng nghiệp Tp Hồ Chí Minh lời chào trân trọng, lời chúc sức khỏe lời cảm ơn sâu sắc Với quan tâm, dạy dỗ, bảo tận tình chu đáo thầy cơ, đến chúng em hồn thành luận văn, đề tài: "Giám sát Hồ nuôi thủy sản thông qua internet app smart phone" Đặc biệt chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy giáo –ThS Nguyễn Ngọc Anh Tuấn quan tâm giúp đỡ, hướng dẫn tơi hồn thành tốt báo cáo thời gian qua Chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn đến lãnh đạo Trường Đại học Cơng nghiệp Tp Hồ Chí Minh, Khoa Phòng ban chức trực tiếp gián tiếp giúp đỡ tơi suốt q trình học tập nghiên cứu đề tài Với điều kiện thời gian kinh nghiệm hạn chế học viên, luận văn tránh thiếu sót Chúng em mong nhận bảo, đóng góp ý kiến thầy để tơi có điều kiện bổ sung, nâng cao kiến thức mình, cải thiện tốt cơng tác thực tế sau Chúng em xin chân thành cảm ơn! Hồ Chí Minh, ngày 07 tháng 06 năm 2018 68 ... Huỳnh Châu Khoắn MSSV: 14044811 Tên đề tài GIÁM SÁT MÔI TRƯỜNG NƯỚC CỦA HỒ NUÔI THỦY SẢN BẰNG ARDUNIO Nội dung Thực giám sát điều khiển hồ nuôi sản thông qua Arduino Mega 2560 kết nối với ESP 8266... lượng môi trường sống sinh vật thủy sản, từ đưa phương án xử lý thích hợp, giảm thiểu biến cố bất ngờ -Với tình hình nghiên cứu vậy, nhóm thực hi vọng đề tài ? ?Giám Sát Môi Trường Nước Của Hồ Ni Thủy. .. Ni Thủy Sản Bằng Ardunio” nghiên cứu, tìm hướng giải hiệu vấn đề thực tiễn hệ thống giám sát nuôi trồng thủy sản nay, thơng qua việc thi cơng hồn thiện mơ hình thực tiễn Khóa luận tốt nghiệp SV: